1925年毕业于东京帝国大学理学部物理学科。留校入理化学研究所寺田研究室,1928年赴英国留学。1930年回国，任新设北海道帝国大学理学部副教授。1931年获理学博士学位，翌年升任教授。中谷宇吉郎在显微镜下拍摄和研究了成千上万朵的雪花。发现尽管雪花的形状千姿百态，却万变不离其宗，所以科学家们才有可能把它们归纳为前面讲过的七种形状。在这七种形状中，六角形雪片和六棱柱状雪晶是雪花的最基本形态，其它五种不过是这两种基本形态的发展、变态或组合。1936年3月12日他成功地研制出人造雪，中谷宇吉郎是世界上第一个制作出人工雪，作出了突出贡献业绩的雪博士。1941年他发表了论文《雪的结晶与生长条件之关系》，1941年获帝国学士院奖。在此项研究中，他将气温和水蒸汽的过饱和度画成图形，从而区分出各结晶形状的生成领域。此图被命名为《中谷图》。此后，他受札幌铁道局、满铁的委托从事冻土研究，多次赴中国的东北和萨哈林地区进行调查。1943年获日本学术协会奖 和朝日文化奖。第二次世界大战中，中谷宇吉郎也进行过防止飞机结冰和海雾的研究。1946年创立财团法人农业物理研究所，任所长。